JP6795122B1 - 高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents

高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

自動車のエネルギー吸収部材用の高強度鋼板として好適な、引張強度（ＴＳ）が９８０ＭＰａ以上であり、衝突時の耐破断特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。成分組成として、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：２．０〜３．５％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、鋼組織は、面積率で、フェライト：６０％以下、焼戻しマルテンサイト：４０％以上、フレッシュマルテンサイト：１０％以下であり、かつ、ＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度が１５００個／ｍｍ２以下である、鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板。

Description

本発明は、自動車用鋼板としての用途に好適な、衝突時の耐破断特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に関する。
地球環境保全の観点から、ＣＯ２排出量を削減すべく、自動車車体の強度を維持しつつ、その軽量化を図り、自動車の燃費を改善することが自動車業界においては常に重要な課題となっている。自動車車体の強度を維持しつつその軽量化を図るためには、自動車部品用素材となる鋼板の高強度化により鋼板を薄肉化することが有効である。一方、鋼板を素材とする自動車部品は、衝突時に車内の人間の安全を担保することが前提となる。したがって自動車部品用素材として用いられる高強度鋼板には所望の強度を有することに加えて、優れた衝突特性が要求される。
近年、自動車車体において引張強度ＴＳが９８０ＭＰａ超級の高強度鋼板の適用が拡大しつつある。衝突特性の観点では、自動車部品はピラーやバンパー等の非変形部材とメンバー等のエネルギー吸収部材に大別され、自動車が走行中に万一衝突した場合に乗員の安全を確保するためにそれぞれ必要な衝突特性が求められる。非変形部材においては高強度化が進んでおり、９８０ＭＰａ超級の高強度鋼板はすでに実用化されている。しかしながら、エネルギー吸収部材への適用において、９８０ＭＰａ超級の高強度鋼板は衝突時に成形による一次加工を受けた箇所が起点となって部材破断を引き起こしやすく、安定的に衝突エネルギー吸収能を発揮できないという課題がある。そのため、エネルギー吸収部材には９８０ＭＰａ級以上の高強度鋼板の適用は未だされておらず、軽量化によって環境保全に寄与する余地がある。したがって、エネルギー吸収部材に耐破断特性に優れた９８０ＭＰａ超級の高強度鋼板を適用することが必要である。
このような要求に対して、例えば、特許文献１では、成形性および耐衝撃性に優れたＴＳが１１８０ＭＰａ級の超高強度鋼板に関する技術が開示されている。また、特許文献２では引張最大強度７８０ＭＰａ以上で衝突時の衝撃吸収部材に適用可能な高強度鋼板に関する技術が開示されている。
特開２０１２−３１４６２号公報 特開２０１５−１７５０６１号公報
しかしながら、特許文献１では衝突特性について検討しているものの、衝突時に部材の破断が起こらないことを前提とした耐衝撃性について検討されており、耐部材破断という観点での衝突特性については検討されていない。また、特許文献２では、ハット材に対して落錘による動的軸圧潰試験の割れ判定を行い、７８０ＭＰａ超級の耐破断特性について評価している。しかし、圧潰後の割れ判定では圧潰中の割れ発生から破断に至るまでの過程を評価できない。その理由は、圧潰の過程において、早期に割れが発生した場合、板厚を貫通しない程度の軽微な割れであっても吸収エネルギーを低下させる可能性があるからである。また、圧潰の過程における後期に割れが発生した場合、板厚を貫通するほどの大きな割れであっても吸収エネルギーにほとんど影響を及ぼさない可能性がある。したがって、圧潰後の割れ判定のみでは耐破断特性の評価として不十分であると考えられる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、自動車のエネルギー吸収部材用の高強度鋼板として好適な、引張強度（ＴＳ）が９８０ＭＰａ以上であり、衝突時の耐破断特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するために、鋼板の成分組成、組織および製造方法の観点から鋭意研究を重ねた結果以下のことを見出した。
特定の成分組成において、面積率で、フェライト：６０％以下、焼戻しマルテンサイト：４０％以上、フレッシュマルテンサイト：１０％以下であり、かつ、ＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度が１５００個／ｍｍ２以下とすることにより、ＴＳが９８０ＭＰａ以上で衝突時の耐破断特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られることが分かった。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下の通りである。
［１］鋼組成として、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：２．０〜３．５％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
鋼組織は、面積率で、フェライト：６０％以下、焼戻しマルテンサイト：４０％以上、フレッシュマルテンサイト：１０％以下であり、かつ、ＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度が１５００個／ｍｍ２以下である、鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［２］前記鋼組織は、さらに、面積率で、残留オーステナイト：３〜１０％である［１］に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［３］さらに、鋼組成として、質量％で、Ｃｒ：０．００５〜１．０％、Ｍｏ：０．００５〜０．５％、Ｖ：０．００５〜０．５％から選ばれる１種または２種以上の元素を含有する［１］または［２］に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［４］さらに、鋼組成として、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．５％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、Ｎｉ：０．００５〜１．０％、Ｃｕ：０．００５〜１．０％から選ばれる１種または２種以上の元素を含有する［１］〜［３］のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［５］さらに、鋼組成として、質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％から選ばれる１種または２種の元素を含有する［１］〜［４］のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［６］鋼板表面の溶融亜鉛めっき層は、合金化溶融亜鉛めっき層である［１］〜［５］のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［７］［１］、［３］〜［５］のいずれかに記載の鋼組成を有する鋼スラブに、仕上げ圧延温度を８５０〜９５０℃として熱間圧延を施し、６００℃以下の巻取温度で巻取る熱間圧延工程と、
２０％超えの圧下率で冷間圧延する冷間圧延工程と、
７５０℃以上の焼鈍温度まで加熱し、３０秒以上保持する焼鈍工程と、
焼鈍温度からマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）の温度域を平均冷却速度２０℃／ｓ以上で冷却した後、（Ｍｓ−２００℃）〜（Ｍｓ−１００℃）の冷却停止温度までの平均冷却速度２〜１０℃／ｓで冷却し、その後３００〜５００℃で２０秒以上保持する焼入れ焼戻し工程と、
溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき工程とを有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［８］前記溶融亜鉛めっき工程において、溶融亜鉛めっきを施した後に合金化処理を施す合金化工程を有する［７］に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
本発明によれば、自動車のエネルギー吸収部材用の高強度鋼板として好適な、引張強度（ＴＳ）が９８０ＭＰａ以上であり、衝突時の耐破断特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができる。
以下に、本発明の詳細を説明する。なお、成分元素の含有量を表す「％」は、特に断らない限り、「質量％」を意味する。
１）鋼組成
Ｃ：０．０７〜０．２０％
Ｃはフェライト以外の相を生成しやすくし、また、ＮｂやＴｉなどと合金化合物を形成するため、強度向上に必要な元素である。Ｃが０．０７％未満では、製造条件の最適化を図っても、所望の強度を確保できない。一方、Ｃが０．２０％を超えるとマルテンサイトが増加し、製造条件の最適化を図っても本発明の鋼組織が得られない場合がある。好ましくは、０．１０％以上であり、好ましくは１．８％以下とする。
Ｓｉ：０．１〜２．０％
Ｓｉはフェライト生成元素であり、また、固溶強化元素でもある。したがって、強度と延性のバランスの向上に寄与する。この効果を得るために、Ｓｉは０．１％以上とすることが必要である。一方、Ｓｉが２．０％を超えると、亜鉛めっき付着、密着性の低下および表面性状の劣化を引き起こす場合がある。好ましくは、０．２％以上であり、好ましくは１．５％以下とする。
Ｍｎ：２．０〜３．５％
Ｍｎはマルテンサイトの生成元素であり、また、固溶強化元素でもある。また、残留オーステナイト安定化に寄与する。これらの効果を得るために、Ｍｎは２．０％以上とすることが必要である。一方、Ｍｎが３．５％を超えると第２相中のマルテンサイト分率が増加し、加工性が低下する場合がある。好ましくは、２．１％以上であり、好ましくは３．０％以下とする。
Ｐ：０．０５％以下
Ｐは、鋼の強化に有効な元素である。しかしながら、Ｐが０．０５％を超えると合金化速度を大幅に遅延させる。また、０．０５％を超えて過剰に含有させると、粒界偏析により脆化を引き起こし、衝突時の耐破断特性を劣化させる場合がある。好ましくは、０．０１％以下とする。下限については特に定めないが、溶製上の経済性から、０．０００５％以上である。
Ｓ：０．０５％以下
Ｓは、ＭｎＳなどの介在物となって、耐衝撃性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因となる。したがって、Ｓ量は極力低い方がよいが、製造コストの面からＳは０．０５％以下とする。好ましくは、０．０１％以下とする。下限については特に定めないが、溶製上の経済性から、０．０００１％以上である。
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１％
Ａｌは脱酸剤として作用し、また、固溶強化元素でもある。Ｓｏｌ．Ａｌが０．００５％未満ではこれらの効果は得られない。一方、Ｓｏｌ．Ａｌが０．１％を超えると製鋼時におけるスラブ品質を劣化させる。好ましくは、０．００５％以上であり、好ましくは０．０４％以下とする。
以上が基本成分である。本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、上記基本成分を含有し、上記基本成分以外の残部はＦｅ（鉄）および不可避的不純物を含む成分組成を有する。ここで、本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、上記基本成分を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することが好ましい。また、Ｎは不可避的不純物として、０．００６０％以下の範囲で含有することが許容される。
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、上記成分組成に加えて、さらに、下記のＣｒ、Ｍｏ、Ｖから選ばれる１種または２種以上の元素を任意に含有することができる。
Ｃｒ：０．００５〜１．０％、Ｍｏ：０．００５〜０．５％、Ｖ：０．００５〜０．５％
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは焼き入れ性を上げ、鋼の強化に有効な元素である。その効果は、それぞれ０．００５％以上で得られる。一方、Ｃｒ：１．０％、Ｍｏ：０．５％、Ｖ：０．５％を超えて過剰に添加すると、上記の効果が飽和し、さらに原料コストが増加する。また、第２相分率が過大となり衝突時の耐破断特性を劣化させる場合がある。
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、上記成分組成に加えて、さらに、下記のＴｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる１種または２種以上の元素を含有することができる。
Ｔｉ：０．００５〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．５％
Ｔｉ、Ｎｂは鋼の析出強化に有効で、その効果はそれぞれ０．００５％以上で得られ、本発明で規定した範囲内であれば鋼の強化に使用して差し支えない。しかし、それぞれが０．５％を超えると衝突時の耐破断特性を劣化させる場合がある。
Ｂ：０．０００３〜０．００５％
Ｂはオーステナイト粒界からのフェライトの生成・成長を抑制することで焼入れ性の向上に寄与するので、必要に応じて添加することができる。その効果は、０．０００３％以上で得られる。しかし、０．００５％を超えると衝突時の耐破断特性を劣化させる場合がある。
Ｎｉ：０．００５〜１．０％、Ｃｕ：０．００５〜１．０％
Ｎｉ、Ｃｕは鋼の強化に有効な元素であり、本発明で規定した範囲内であれば鋼の強化に使用して差し支えない。これらの効果を得るためには，それぞれ０．００５％以上含有することが好ましい。一方、Ｎｉ、Ｃｕともに１．０％を超えると、衝突時の耐破断特性を劣化させる場合がある。
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、上記成分組成に加えて、さらに、下記のＣａ、ＲＥＭから選ばれる１種または２種の元素を任意に含有することができる。
Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％
Ｃａ、ＲＥＭは、いずれも硫化物の形態制御により加工性を改善させるのに有効な元素である。こうした効果を得るには、Ｃａ、ＲＥＭの含有量はそれぞれ０．００１％以上とすることが好ましい。一方、Ｃａ、ＲＥＭのそれぞれの含有量が０．００５％を超えると、鋼の清浄度に悪影響を及ぼし特性が低下するおそれがある。
２）鋼組織
フェライトの面積率：６０％以下
フェライトの面積率が６０％を超えると、９８０ＭＰａ以上のＴＳと衝突時の耐破断特性を両立することが困難となる。したがって、フェライトの面積率は６０％以下とする。好ましくは、面積率は４０％以下とする。下限はとくに定めないが、面積率は１０％以上であることが好ましい。
焼戻しマルテンサイトの面積率：４０％以上
焼戻しマルテンサイトは、衝突時の耐破断特性を向上させるのに有効である。焼戻しマルテンサイトの面積率が４０％未満では、こうした効果を十分に得られない。好ましくは、面積率は５０〜８０％とする。
フレッシュマルテンサイトの面積率：１０％以下
フレッシュマルテンサイトは高強度化には有効である。しかしながら、軟質相との粒界でボイドが生じやすく、フレッシュマルテンサイトの面積率が１０％を超えると衝突時の耐破断特性を低下させる場合がある。好ましくは、面積率は５％以下とする。下限はとくに定めないが、面積率は１％以上であることが好ましい。
ＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度：１５００個／ｍｍ２以下
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板において、ＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度を１５００個／ｍｍ２以下とすることで高い衝突特性が得られる。このメカニズムは明らかではないが、次のように考えられる。衝突特性劣化の原因となる衝突時の破断は、割れの発生および進展が起点となる。割れは加工硬化能の低下および高硬度差領域での鋼板組織内で観察されるボイドの生成・連結によって発生しやすくなると考えられる。また、実部材の衝突では一次加工を受けた箇所で一次加工と直交方向に曲げ戻されるように変形する。このとき一次加工の高硬度差領域でボイドが発生するとボイドの周辺に応力が集中し、割れの発生・進展が助長され、その結果破断に至る。そこで、焼戻しマルテンサイトによって高硬度差領域を減少させ、さらに必要に応じて残留オーステナイトを活用し変形中に一次加工部での応力集中を抑制することで、一次加工部におけるボイド発生・進展およびそれに伴う部材破断を抑制し、高い耐破断特性が得られる。したがって、これらの効果を得るためにＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度を１５００個／ｍｍ２以下とする。好ましくは、１０００個／ｍｍ２以下である。
なお、ＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度については、後述する焼鈍後の冷却速度を制御することにより、所望のボイド数密度が得られる。高温域では速い冷速で冷却中のフェライト変態を抑制しＭｓ点を下げず、Ｍｓ点以下の温度域では冷速を遅くすることで冷却中にもマルテンサイトの焼戻しを行う。その後の再加熱でさらに焼戻しを行うことでマルテンサイトがしっかり焼戻されて高度差緩和により大きく寄与する。その結果、一次加工時のボイド生成が抑制される。
ここで、ＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度とは、ドイツ自動車工業会で規定されたＶＤＡ規格（ＶＤＡ２３８−１００）に準拠した曲げ−直交曲げ試験（ＶＤＡ曲げ試験）において、一次加工後（一次曲げ加工後）の曲げ部を組織観察した際の、鋼板組織内に観察されるボイドの個数である。本発明におけるＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度の測定方法については、ＶＤＡ規格に準拠し、９０度Ｖブロックを用いて以下の条件で一次曲げ加工を施した試験片について、組織観察を行い、曲げ部のボイド数密度を測定する。
［一次曲げ加工条件］
ポンチ先端Ｒ：５ｍｍ
成形荷重：１５ｔｏｎ
ストローク速度：３０ｍｍ／ｍｉｎ
保持時間：５秒
曲げ方向：圧延平行方向
［直交曲げ条件］
試験方法：ロール支持、ポンチ押し込み。
ロール径：φ３０ｍｍ
ポンチ先端Ｒ：０．４ｍｍ
ロール間距離：（板厚×２）＋０．５ ｍｍ
ストローク速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ
試験片サイズ：６０ｍｍ×６０ｍｍ
曲げ方向：圧延直角方向
ボイド数密度は、一次加工部を圧延方向に対して直角に切断した板厚断面を研磨後、一次加工時の曲げ内側の板厚表層をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で１５００倍の倍率で３視野撮影し、得られた画像データからＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いてボイドの数密度を求め、３視野の数密度の平均値をボイド数密度とした。なお、ボイドはフェライトより濃い黒色で各組織と明確に区別できる。
残留オーステナイトの面積率：３〜１０％（好適条件）
残留オーステナイトは衝突時の割れ発生を遅延させ、耐破断特性を向上させるのに有効である。残留オーステナイトの面積率が３％未満ではこうした効果を得られない。一方、残留オーステナイトの面積率が１０％を超えると、加工誘起変態によって生成したフレッシュマルテンサイトによって衝突時の耐破断特性を低下させる場合がある。より好ましくは、面積率は５〜１０％とする。
フェライト、焼戻しマルテンサイト、フレッシュマルテンサイト、残留オーステナイト以外の組織として、ベイナイトやセメンタイト、パーライトを合計で５％以下含む場合もあるが、上記の鋼組織の条件を満たしていれば、本発明の目的は達成される。
ここで、フェライト、フレッシュマルテンサイト、焼戻しマルテンサイトの面積率とは、観察面積に占める各相の面積の割合のことである。各組織の面積率は、圧延方向に対して直角に切断した鋼板の板厚断面を研磨後、３質量％ナイタールで腐食し、板厚１／４位置をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で１５００倍の倍率で３視野撮影し、得られた画像データからＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて各組織の面積率を求め、３視野の面積率の平均値を各組織の面積率とした。前記画像データにおいて、フェライトは黒色、焼戻しマルテンサイトは微細な方位の揃っていない炭化物を含む明灰色、残留オーステナイトおよびフレッシュマルテンサイトは白色として区別できる。また、残留オーステナイトの体積率とは、板厚１／４面におけるｂｃｃ鉄の（２００）、（２１１）、（２２０）面のＸ線回折積分強度に対するｆｃｃ鉄の（２００）、（２２０）、（３１１）面のＸ線回折積分強度の割合である。フレッシュマルテンサイトと残留オーステナイトはＳＥＭ像での区別が困難なため、フレッシュマルテンサイトの面積率はフレッシュマルテンサイトと残留オーステナイトの合計の面積率から残留オーステナイトの面積率を差し引くことによって求める。
また、本発明の鋼板表面の溶融亜鉛めっき層は、合金化溶融亜鉛めっき層であることが好ましい。なお、本発明で規定する表面は、めっき層と鋼板の界面を意味する。
３）製造条件
本発明の高強度鋼板の製造方法は、上記の鋼組成を有する鋼スラブに、仕上げ圧延温度を８５０〜９５０℃として熱間圧延を施し、６００℃以下の巻取温度で巻取る熱間圧延工程と、２０％超えの圧下率で冷間圧延する冷間圧延工程と、７５０℃以上の焼鈍温度まで加熱し、３０秒以上保持する焼鈍工程と、焼鈍温度〜マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）の温度域を平均冷却速度２０℃／ｓ以上で冷却した後、（Ｍｓ−２００℃）〜（Ｍｓ−１００℃）の冷却停止温度までの平均冷却速度２〜１０℃／ｓで冷却し、その後３００〜５００℃で２０秒以上保持する焼入れ焼戻し工程と、溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき工程とを有することを特徴とする。また、溶融亜鉛めっき工程において、溶融亜鉛めっきを施した後、合金化処理を施す合金化工程を有してもよい。
まず、熱間圧延工程の各条件について説明する。
仕上げ圧延温度：８５０〜９５０℃
仕上げ圧延温度が８５０℃未満の場合、圧延時にフェライト変態が起こり、局所的に強度が低下するため、本発明の組織および特性が得られない。一方、９５０℃を超えると結晶粒が粗大化し、本発明の鋼組織が得られない。したがって、仕上げ圧延温度は８５０〜９５０℃とする。
巻取温度：６００℃以下
巻取温度が６００℃を超えた場合、熱延板中の炭化物が粗大化し、このような粗大化した炭化物は焼鈍時の均熱中に溶けきらないため、必要な強度を得ることができない場合がある。
熱間圧延工程により得られた熱延板を通常公知の方法で酸洗、脱脂などの予備処理を行った後に、必要に応じて冷間圧延を施す。冷間圧延を施す際の冷間圧延工程の条件について説明する。
冷間圧延の圧下率：２０％超え
冷間圧延の圧下率が２０％以下では、フェライトの再結晶が促進されず、未再結晶フェライトが残存し、加工性が低下する場合がある。
次に、冷間圧延工程により得られた冷延板を焼鈍する際の焼鈍工程の条件について説明する。
焼鈍温度：７５０℃以上、保持時間：３０秒以上
焼鈍温度が７５０℃未満では、オーステナイトの生成が不十分となり、過剰なフェライトが生成して本発明の鋼組織が得られない。好ましくは７５０〜９００℃とする。また、保持時間が３０秒未満では、オーステナイトの生成が不十分となり、過剰なフェライトが生成して本発明の鋼組織が得られない。好ましくは３０秒以上であり、好ましくは６００秒以下とする。
焼鈍工程後、焼入れ焼戻しを施す。焼入れ焼戻し工程の条件について説明する。
焼鈍温度からマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）の温度域における平均冷却速度：２０℃／ｓ以上
上記焼鈍温度で焼鈍後の鋼板を、焼鈍温度からマルテンサイト態開始温度（Ｍｓ）の温度域における平均冷却速度が２０℃／ｓ未満では、本発明の耐破断特性が得られない。この理由は明らかではないが以下のように考えられる。冷却速度が２０℃／ｓ未満では冷却中にフェライトやベイナイトが過度に生成し、Ｍｓ点が低下する。そのため冷却停止時のマルテンサイト変態量が減少し、また、より低温でマルテンサイト変態するため、Ｍｓ点が高い場合に比べて冷却中におけるマルテンサイトの焼戻しが不十分となる。その結果、焼戻しマルテンサイトによる硬度差緩和の効果が小さくなり、一次加工時にボイドが発生しやすくなると考えられる。したがって、平均冷却速度は２０℃／ｓ以上とする。
なお、Ｍｓは以下の式により求めることができる。
Ｍｓ（℃）＝５３９−４２３×｛［Ｃ％］×１００／（１００−［α面積％］）｝−３０×［Ｍｎ％］−１２×［Ｃｒ％］−１８×［Ｎｉ％］
−８×［Ｍｏ％］
上記式において、各元素記号は各元素の含有量（質量％）を表し、含有しない元素は０とする。
また、［α面積％］は焼鈍中のフェライト面積率である。焼鈍中のフェライト面積率は、熱膨張測定装置で昇温速度および焼鈍温度および焼鈍時の保持時間を模擬することによって事前に求める。
焼鈍後は可能な限り速い冷却速度で急冷することが好ましく、焼鈍温度からマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）の温度域における平均冷却速度は２２℃／ｓ以上が好ましい。焼鈍温度からマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）の温度域における平均冷却速度は５０℃／ｓ以上がより好ましい。なお、冷却設備の経済性により、１００℃／ｓ以下とすることが好ましい。
（Ｍｓ−２００℃）〜（Ｍｓ−１００℃）の冷却停止温度までの平均冷却速度：２〜１０℃／ｓ
平均冷却速度が２℃／ｓ未満では、冷却中に炭化物を含むベイナイトが過度に生成して本発明の鋼組織が得られない。また、１０℃／ｓを超える平均冷却速度で冷却すると、本発明の耐破断特性が得られない。この理由は明らかではないが以下のように考えられる。冷却速度を１０℃／ｓ以下とすることでＭｓ点から冷却停止温度に到達するまでの時間が長くなり、マルテンサイトが冷却中にも焼戻され、焼戻しマルテンサイトによる硬度差の緩和の効果がより大きくなると考えられる。冷却速度が１０℃／ｓを超えるとこの効果が得られなくなり、その結果一次加工時にボイドが発生しやすくなると考えられる。したがって、平均冷却速度は２〜１０℃／ｓとする。
冷却停止温度：（Ｍｓ−２００℃）〜（Ｍｓ−１００℃）
冷却停止温度が（Ｍｓ−１００℃）超えでは焼戻しマルテンサイトの生成が不十分であり、本発明の鋼組織が得られない。一方、（Ｍｓ−２００℃）未満では焼戻しマルテンサイトが過剰になり、残留オーステナイトの生成が不十分となる場合がある。好ましくは（Ｍｓ−２００℃）〜（Ｍｓ−１５０℃）とする。
焼戻し温度：３００〜５００℃、保持時間：２０秒以上
３００℃未満ではマルテンサイトの焼戻しが不十分となり、本発明の鋼組織および耐破断特性が得られない。一方、５００℃を超えるとフェライトが過剰に生成して本発明の鋼組織が得られない。好ましくは３５０℃以上であり、好ましくは４５０℃以下とする。また、保持時間が２０秒未満ではマルテンサイトの焼戻しが不十分となり、本発明の鋼組織および耐破断特性が得られない。好ましくは３０秒以上であり、好ましくは５００秒以下とする。
次に、溶融亜鉛めっき工程の条件について説明する。
溶融亜鉛めっき処理は、上記により得られた鋼板を４４０℃以上５００℃以下の亜鉛めっき浴中に浸漬し、その後、ガスワイピングなどによってめっき付着量を調整して行うことが好ましい。なお、溶融亜鉛めっき処理工程後に合金化処理を施す合金化工程を有してもよい。
溶融亜鉛めっき処理または合金化溶融亜鉛めっき処理を施した後の鋼板には、形状矯正や表面粗度の調整などを目的に、調質圧延を行うことができる。ただし、調質圧延は調圧率が０．５％を超えると表層硬化により曲げ性が劣化することがあるため、調圧率は０．５％以下にすることが好ましい。より好ましくは０．３％以下である。また、樹脂や油脂コーティングなどの各種塗装処理を施すこともできる。
その他の製造方法の条件は、特に限定しないが、以下の条件で行うのが好ましい。
スラブは、マクロ偏析を防止するため、連続鋳造法で製造するのが好ましく、造塊法、薄スラブ鋳造法により製造することもできる。スラブを熱間圧延するには、スラブをいったん室温まで冷却し、その後再加熱して熱間圧延を行ってもよい。また、スラブを室温まで冷却せずに加熱炉に装入して熱間圧延を行うこともできる。あるいは、わずかの保熱を行った後に直ちに熱間圧延する省エネルギープロセスも適用できる。スラブを加熱する場合は、圧延荷重の増大防止や、炭化物が溶解するため、１１００℃以上に加熱することが好ましい。また、スケールロスの増大を防止するため、スラブの加熱温度は１３００℃以下とすることが好ましい。
スラブを熱間圧延する時は、スラブの加熱温度を低くしたときに圧延時のトラブルを防止する観点から、粗圧延後の粗バーを加熱することもできる。また、粗バー同士を接合し、仕上げ圧延を連続的に行う、いわゆる連続圧延プロセスを適用できる。また、圧延荷重の低減や形状・材質の均一化のために、仕上げ圧延の全パスあるいは一部のパスで摩擦係数が０．１０〜０．２５となる潤滑圧延を行うことが好ましい。
巻取り後の鋼板は、スケールを酸洗などにより除去してもよい。酸洗後、上記の条件で
冷間圧延、焼鈍、溶融亜鉛めっきが施される。
表１に示す成分組成の鋼を真空溶解炉により溶製し、分塊圧延して鋼スラブとした。な
お、表１中、Ｎは不可避的不純物である。
Figure 0006795122
これらの鋼スラブを加熱し、粗圧延、仕上げ圧延、巻取りを施し熱延板とした。次いで、冷間圧延を施し冷延板とし、得られた冷延板を焼鈍に供した。熱延条件、冷延条件および焼鈍条件は、表２に示すとおりである。表２に示す条件で作製した鋼板を、めっき浴中に浸漬し、めっき付着量２０〜８０ｇ／ｍ２の溶融亜鉛めっき層（ＧＩ）を形成させた。また、一部については、溶融亜鉛めっき層形成後に合金化処理を行い、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）を得た。
Figure 0006795122
得られた溶融亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板に、圧下率０．３％のス
キンパス圧延を施した後、上記した手法にしたがい、フェライト（Ｆ）、ベイナイト（Ｂ）、焼戻しマルテンサイト（ＴＭ）、フレッシュマルテンサイト（ＦＭ）および残留オーステナイト（ＲＡ）の面積率をそれぞれ求めた。
また、以下の試験方法にしたがい、引張特性および耐破断特性を求めた。
＜引張試験＞
圧延方向に対して直角方向にＪＩＳ５号引張試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１）を採取し、歪速度が１０−３／ｓとするＪＩＳ Ｚ２２４１の規定に準拠した引張試験を行い、引張強度（ＴＳ）を求めた。なお、ＴＳが９８０ＭＰａ以上を合格とした。
＜曲げ−直交曲げ試験＞
曲げ試験はドイツ自動車工業会で規定されたＶＤＡ規格（ＶＤＡ２３８−１００）に基づき、以下の測定条件で評価を行った。なお、試験片にはあらかじめ９０度Ｖブロックを用いて以下の条件で一次曲げ加工を施した。一次加工部における変形過程での割れ評価によって耐破断特性を評価した。
［一次曲げ加工条件］
ポンチ先端Ｒ：５ｍｍ
成形荷重：１５ｔｏｎ
ストローク速度：３０ｍｍ／ｍｉｎ
保持時間：５秒
曲げ方向：圧延平行方向
［直交曲げ条件］
試験方法：ロール支持、ポンチ押し込み。
ロール径：φ３０ｍｍ
ポンチ先端Ｒ：０．４ｍｍ
ロール間距離：（板厚×２）＋０．５ ｍｍ
ストローク速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ
試験片サイズ：６０ｍｍ×６０ｍｍ
曲げ方向：圧延直角方向
直交曲げ試験時に得られるストローク−荷重曲線において、試験片が平坦になってから荷重最大時までのストロークを求め、曲げ−直交曲げ試験を３回実施した平均値をΔＳとした。なお、試験片が平坦になる点はストローク−荷重曲線において、荷重がほぼ一定となった後再度増加し始める点とする。ΔＳが８ｍｍ以上で耐破断特性が良好と評価した。
結果を表３に示す。
Figure 0006795122
いずれの発明例も、ＴＳが９８０ＭＰａ以上であり、衝突時の耐破断特性に優れていることが確認できる。
したがって、本発明によれば、ＴＳが９８０ＭＰａ以上であり、衝突時の耐破断特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。本発明は、自動車の軽量化に寄与し、自動車車体の高性能化に大きく寄与するという優れた効果を奏する。
本発明によれば、ＴＳが９８０ＭＰａ以上で衝突時の耐破断特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができる。本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板を自動車用部品用途に使用すると、自動車の軽量化に寄与し、自動車車体の高性能化に大きく寄与することができる。

Claims (8)

  1. 鋼組成として、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．２０％、
    Ｓｉ：０．１〜２．０％、
    Ｍｎ：２．０〜３．５％、
    Ｐ：０．０５％以下、
    Ｓ：０．０５％以下、
    Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
    鋼組織は、面積率で、フェライト：６０％以下、焼戻しマルテンサイト：４０％以上、フレッシュマルテンサイト：１０％以下であり、かつ、ＶＤＡ曲げ試験における曲げ部のボイド数密度が１５００個／ｍｍ２以下である、鋼板表面に溶融亜鉛めっき層を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
  2. 前記鋼組織は、さらに、面積率で、残留オーステナイト：３〜１０％である請求項１に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
  3. さらに、鋼組成として、質量％で、Ｃｒ：０．００５〜１．０％、
    Ｍｏ：０．００５〜０．５％、
    Ｖ：０．００５〜０．５％から選ばれる１種または２種以上の元素を含有する請求項１または２に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
  4. さらに、鋼組成として、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．５％、
    Ｎｂ：０．００５〜０．５％、
    Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
    Ｎｉ：０．００５〜１．０％、
    Ｃｕ：０．００５〜１．０％から選ばれる１種または２種以上の元素を含有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
  5. さらに、鋼組成として、質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．００５％、
    ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％から選ばれる１種または２種の元素を含有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
  6. 鋼板表面の溶融亜鉛めっき層は、合金化溶融亜鉛めっき層である請求項１〜５のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
  7. 請求項１、３〜５のいずれか一項に記載の鋼組成を有する鋼スラブに、仕上げ圧延温度を８５０〜９５０℃として熱間圧延を施し、６００℃以下の巻取温度で巻取る熱間圧延工程と、
    ２０％超えの圧下率で冷間圧延する冷間圧延工程と、
    ７５０℃以上の焼鈍温度まで加熱し、３０秒以上保持する焼鈍工程と、
    焼鈍温度からマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）の温度域を平均冷却速度２０℃／ｓ以上で冷却した後、（Ｍｓ−２００℃）〜（Ｍｓ−１００℃）の冷却停止温度までの平均冷却速度２〜１０℃／ｓで冷却し、その後３００〜５００℃で２０秒以上保持する焼入れ焼戻し工程と、
    溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき工程とを有する、請求項１〜６のいずれかに係る高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  8. 前記溶融亜鉛めっき工程において、溶融亜鉛めっきを施した後に合金化処理を施す合金化工程を有する請求項７に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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